CN112867558B - 插座型流体分配器 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的插座型流体分配器是一种用于将气体和/或液体反应物分配和供应至反应器主体中的插座型流体分配器，并且包括：主体部，该主体部形成为部分区域插入到所述反应器主体中的结构；混合流通道，该混合流通道形成在所述主体部的中心部分中并且形成为穿透所述主体部；气体反应物输入部，该气体反应物输入部设置在所述主体部的上方并且具有在其中形成的气体流通道；液体反应物输入部，该液体反应物输入部设置在所述主体部与所述气体反应物输入部之间，并且具有在其中形成的液体流通道；和流动控制部，该流动控制部形成在所述混合流通道中。

Description

插座型流体分配器
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年09月24日提交的韩国专利申请No.10-2019-0117210和于2020年05月27日提交的韩国专利申请No.10-2020-0063701的优先权，出于所有目的，将这两项专利申请的全部内容通过此引用并入本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种用于将原料流体分配和引入到多管式反应器中的多个反应器主体中的流体分配器，更具体地，涉及一种用于多管式滴流床的插座型流体分配器。
背景技术
迄今为止已知的用于多管式反应器的分配器的设计和应用具有根据引入到反应器中的反应物的相而确定的形式。
滴流床式反应器通常是具有一定水平以上的直径的固定层反应器，并且具有将液体反应物和气体反应物供应至反应器中的形式。当应用于滴流床反应器的反应产生过量的热时，或者当由于反应性需要确保工艺操作中的稳定性时，应用其中单元反应器平行排布的多管式反应器，而不是具有大直径的单管式反应器。这种多管式反应器的优点在于，与具有大直径的单管式反应器相比，它提供大的热交换面积。
然而，这种常规的多管式反应器的问题在于，难以将反应物均匀地分配至各个单元反应器中。此外，常规的多管式反应器以如下形式形成，当液体反应物填充在高于一定水平的各层(台阶)的塔板中时，液体反应物溢出，因此，存在的问题是，当由于各个单元反应器的催化剂层的不均匀性而引起压差时，难以实现均匀分配。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种插座型流体分配器，该插座型流体分配器可以在精确的位置对准，抵消由于各个反应器的催化剂填充产生的压差，并且根据液体反应物与气体反应物的流速比，以各种尺寸的液滴、气流或喷雾的形式将混合反应物供应至催化剂层中。
技术方案
根据本发明的一个实施方案，用于将气体和/或液体反应物分配和供应至反应器主体中的插座型流体分配器包括：主体部，其形成为部分区域插入到所述反应器主体中的结构；混合流通道，其形成在所述主体部的中心部分中并且形成为穿透所述主体部；气体反应物输入部，其设置在所述主体部的上方并且具有在其中形成的气体流通道；液体反应物输入部，其设置在所述主体部与所述气体反应物输入部之间，并且具有在其中形成的液体流通道；和流动控制部，其形成在所述混合流通道中。
所述插座型流体分配器还可以包括卡止突起部(catching protrusion)，该卡止突起部形成在所述主体部外周表面的一侧上。
所述插座型流体分配器还可以包括密封部，该密封部沿着所述主体部下端的外周表面形成。
所述插座型流体分配器可以包括设置在同一条线上的多个主体部。
所述气体反应物和所述液体反应物可以在所述混合流通道中混合并且可以移动。
在所述混合流通道中混合的混合反应物中，供应至所述反应器主体中的混合反应物的形式可以根据气体反应物的流速相对于液体反应物的流速来控制。
所述气体反应物的流速相对于所述液体反应物的流速可以为1至100。
供应至所述反应器主体的混合反应物的形式可以是液滴、气流或喷雾的形式。
所述流动控制部可以被配置为增加在所述混合流通道中混合的混合反应物的压力。
所述插座型流体分配器可以包括催化剂填充部，该催化剂填充部位于所述反应器主体的内部并且填充有固体催化剂，并且所述流动控制部可以被配置为使得通过所述流动控制部的混合反应物的压力大于在所述催化剂填充部中产生的压差。
所述流动控制部可以包括：第一倾斜部，在所述第一倾斜部中所述混合流通道的直径沿着所述混合流通道的纵向方向变窄；保持部，在所述保持部中所述混合流通道的直径被保持；和第二倾斜部，在所述第二倾斜部中所述混合流通道的直径变宽。
所述第一倾斜部的倾斜度可以为0°至90°，所述保持部的长度可以为1mm至20mm，所述第二倾斜部的倾斜度可以为0°至90°。
有益效果
根据本发明的插座型流体分配器，在以插座型配置的流体分配器中，由于流体分配器被插入到设置在多管式反应器的单元反应器中的各个反应器主体中，因此，所述流体分配器可以在精确的位置对准。
此外，根据本发明的插座型流体分配器，由于单独地配置气体反应物输入部和液体反应物输入部，因此，可以根据液体反应物与气体反应物的流速比，将在所述流体分配器中混合的反应物以预定尺寸以上的液滴、气流或喷雾的形式供应至催化剂填充部上。
此外，在根据本发明的插座型流体分配器中，通过设置被配置为产生恒定流阻的流动控制部，可以抵消由于反应器主体中的各个催化剂填充部不同地发生的催化剂填充而引起的压差，从而消除引起反应物不均匀分配的催化剂填充的压差的影响。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的插座型流体分配器的示意图。
图2是示出将根据本发明的一个实施方案的插座型流体分配器插入到反应器主体中的状态的示意图。
具体实施方式
在本发明的说明书和权利要求书中使用的术语和词语不能理解为常规的或字典中的含义，而是基于发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述他们自己的发明的原则，理解为符合本发明的技术构思的含义和概念。
下文中，将参照图1和图2更详细地描述根据本发明的插座型流体分配器100以帮助理解本发明。
根据本发明，插座型流体分配器100是一种用于将气体和/或液体反应物分配和供应至反应器主体200中的装置，并且可以包括：主体部10，其形成为部分区域插入到反应器主体200中的结构；混合流通道20，其形成在主体部10的中心部分中并且形成为穿透主体部10；气体反应物输入部30，其设置在主体部10的上方并且具有在其中形成的气体流通道40；液体反应物输入部50，其设置在主体部10与气体反应物输入部30之间，并且具有在其中形成的液体流通道60；和流动控制部70，其形成在混合流通道20中。
根据本发明的一个实施方案，插座型流体分配器100可以用于将气体和/或液体反应物分配和供应至设置在多管式滴流床反应器的单元反应器中的反应器主体200中。所述多管式滴流床反应器可以包括多个单元反应器，并且所述单元反应器可以包括反应器主体200和位于反应器主体200的内部并且填充有固体催化剂的催化剂填充部(未示出)。
所述多管式滴流床反应器是下游催化剂反应器，并且在催化过程中，由气体和/或液体反应物制成的原料流体被引入到设置在单元反应器中的各个反应器主体200中，并且在通过反应器主体200内部的催化剂填充部的同时进行一系列化学反应。因此，根据本发明的插座型流体分配器100可以安装在设置在多管式滴流床反应器的单元反应器中的各个反应器主体200的最上端，并且用于分配和输入作为原料流体的气体和/或液体反应物。
在所述多管式滴流床反应器中，需要将原料流体引入到反应器主体200的最上端的中心部分中。如果原料流体没有引入到反应器主体200的最上端的中心部分中，则原料流体沿着反应器的内壁流动(壁流现象)而不与催化剂反应或与催化剂的一部分反应，引起反应偏差，由此，反应效率显著降低。
然而，常规的多管式滴流床反应器的问题在于，难以将反应物均匀地分配至各个单元反应器中。此外，常规的多管式滴流床反应器以如下形式形成，当液体反应物填充在高于一定水平的各层(台阶)的塔板中时，液体反应物溢出，由此，存在的问题是，当由于各个单元反应器的催化剂填充不均匀产生压差时，难以实现均匀分配。
另一方面，由于根据本发明的插座型流体分配器被配置为插座型，可以插入并固定到反应器主体200中并且插入到设置在多管式滴流床反应器的单元反应器中的各个反应器主体200的顶部，因此，所述流体分配器可以在精确的位置对准。具体地，将根据本发明的插座型流体分配器100的部分区域插入并固定至设置在多管式滴流床反应器的单元反应器中的各个反应器主体200的最上端，因此，由于可以通过插座型流体分配器100将反应物引入到反应器主体200的最上端的中心部分中，因此，可以解决当使用常规流体分配器时反应物沿着单元反应器的内壁流动时产生的问题。
另外，根据本发明的插座型流体分配器100可以通过在后面描述的混合流通道20中形成的流动控制部70来解决当由于常规多管式滴流床反应器的各个单元反应器的催化剂填充不均匀而产生压差时，难以实现反应物的均匀分配的问题。
插座型流体分配器100可以包括设置在同一条线上的多个主体部10，以便插入并固定至设置在平行排布的多管式滴流床反应器的单元反应器中的各个反应器主体200中。具体地，所述多个主体部10可以形成为对应于多管式滴流床反应器的单元反应器的对应位置。只要主体部10被配置为插入并固定至反应器主体200的最上端，则对其具体的结构和方法没有限制。例如，主体部10的外径与反应器主体200的内径相同，使得主体部10可以插入并固定至反应器主体200的最上端。
另外，主体部10可以从主体部10的下端插入并固定至反应器主体200的上端至任意高度。具体地，在反应器主体200的最上端，有一个用于引入催化剂的开口，并且通过将根据本发明的插座型流体分配器100的主体部10的部分区域插入并固定至所述开口，主体部10可以连接至反应器主体200上。这样，根据本发明的插座型流体分配器100容易进行与反应器主体200的连接工作，并且混合流通道20可以位于各个反应器主体200的最上端的中心部分中。
插座型流体分配器100可以包括卡止突起部12，该卡止突起部形成在主体部10外周表面的一侧上。卡止突起部12形成为当插座型流体分配器从主体部10的下端插入到反应器主体200的上端至任意高度时卡在反应器主体200中，以便防止整个插座型流体分配器100沿着纵向方向完全插入到反应器主体200中。
具体地，基于卡止突起部12，其下部区域可以是主体部插入到反应器主体200中的预定区域，即，插入区域(b)，并且基于卡止突起部12，其上部区域可以是插座型流体分配器100的主体部未插入到反应器主体200中的预定区域，即，非插入区域(a)。
对主体部10的具体结构或尺寸没有限制，但是例如，当主体部10具有圆柱体形状时，非插入区域(a)的长度相对于所述反应器主体的内径(T内径)(a/T内径)可以为0.5至1，并且插入区域(b)的长度相对于所述圆柱体的内径(T内径)(b/T内径)可以为0.5以上且小于2。
通过将a/T内径的值控制在上述范围内，可以通过对在反应器主体中剩余的液体反应物的累积容许量形成标准(累积的液体体积＝反应器主体的横截面的总面积*a)来容易地进行各个单元反应器的反应物的均匀分配，并且通过将b/T内径的值控制在上述范围内，对于喷射混合有气体和液体的混合反应物的区间可以提供抵消由于各个单元反应器的催化剂填充引起的差压的效果。
插入区域(b)可以插入并固定至反应器主体200中，以便与反应器主体200中的催化剂填充部的最上端层间隔开、与催化剂填充部的最上端层接触、或插入到催化剂填充部中。
主体部10可以具有与反应器主体200的上端可拆卸的结构。具体地，在根据本发明的插座型流体分配器100中，根据需要，可以容易地将主体部10插入反应器主体200的上端中并将主体部10与其连接，或者将主体部10与反应器主体200的上端分离。因此，在更换反应器主体200中的催化剂或清洗反应器主体200的情况下，可以容易地将主体部10与反应器主体200分离。
插座型流体分配器100可以包括密封部14，该密封部14沿着主体部10下端的外周表面形成。密封部14可以用于将插座型流体分配器100固定至设置在多管式滴流床反应器的单元反应器中的各个反应器主体200上。
另外，当使用插座型流体分配器100将气体反应物和液体反应物供应至设置在多管式滴流床反应器的单元反应器中的各个反应器主体200中时，密封部14可以用于气密性地防止反应物移动至不通过插座型流体分配器100的区域，即，反应器主体200与插座型流体分配器100之间的区域。
根据本发明的优选实施方案，混合流通道20可以形成在主体部10的中心部分中，并且可以形成为穿透主体部10。这样，在主体部10的中心部分中形成为穿透主体部10的混合流通道20中，可以将通过后面描述的气体流通道40和液体流通道60供应的气体反应物和液体反应物混合。
气体反应物和液体反应物在混合流通道20中混合的混合反应物可以从插座型流体分配器100的顶部移动至底部。具体地，气体反应物和液体反应物可以在混合流通道20中混合并且从插座型流体分配器100的顶部流动至底部，并且可以通过混合流通道20的最下端排出并且供应至反应器主体200的中心部分。
根据本发明的一个实施方案，气体反应物输入部30可以设置在主体部10的上方并且可以具有在其中形成的气体流通道40。具体地，气体反应物输入部30可以形成在主体部10的上方，并且气体流通道40可以形成为穿透气体反应物输入部30的中心部分中的气体反应物输入部30。
气体流通道40可以与混合流通道20连接。例如，气体反应物可以沿着气体流通道40从顶部流动至底部，并且可以通过气体流通道40并供应至混合流通道20。
气体流通道40的前端可以包括用于将气体反应物供应至气体流通道40的管道，并且在将气体反应物供应至气体流通道40时，可以安装附加装置如阀和泵，以控制气体反应物的供应流速。
通过气体流通道40供应的气体反应物的流速可以为25ml/min至5000ml/min。例如，通过气体流通道40输送至混合流通道20的气体反应物的流速可以为25ml/min至4000ml/min或500ml/min至3000ml/min。
作为一个实例，当供应至液体流通道60的液体反应物的流速被固定为10ml/min至25ml/min，并且通过气体流通道40供应的气体反应物的流速为1000ml/min至2500ml/min时，通过在混合流通道20中混合气体反应物和液体反应物而形成的混合反应物可以是喷雾的形式。
作为另一实例，当通过气体流通道40供应的气体反应物的流速为2500ml/min至5000ml/min时，通过在混合流通道20中混合气体反应物与液体反应物形成的混合反应物可以是气流的形式。
作为又一实例，当通过气体流通道40供应的气体反应物的流速为25ml/min至1000ml/min时，通过在混合流通道20中混合气体反应物与液体反应物形成的混合反应物可以是液滴的形式。当气体反应物的流速被控制在上述范围内时，可以控制混合反应物的液滴的尺寸。例如，当通过气体流通道40供应的气体反应物的流速为25ml/min至250ml/min时，混合反应物中的液滴的平均尺寸可以为10mm3至17mm3；当通过气体流通道40供应的气体反应物的流速为300ml/min至500ml/min时，混合反应物中的液滴的平均尺寸可以为3mm3至10mm3；当通过气体流通道40供应的气体反应物的流速为500ml/min至1000ml/min时，混合反应物中的液滴的平均尺寸可以为0.6mm3至3mm3。
根据本发明的一个实施方案，液体反应物输入部50可以设置在主体部10与气体反应物输入部30之间，并且可以具有在其中形成的液体流通道60。具体地，液体反应物输入部50可以在主体部10与气体反应物输入部30之间的区域中以预定高度形成，并且液体流通道60可以形成在液体反应物输入部50的外表面上。
液体流通道60形成为沿着液体反应物输入部50的外表面的预定间隔的多个孔的形式，或者可以形成为从液体反应物输入部50的外表面连接至混合流通道20的管道的形式。
液体流通道60可以形成在比多管式滴流床反应器中由液体反应物形成的液面低的位置，以使得液体反应物沿着液体流通道60流动。
液体流通道60可以沿着液体反应物输入部50的外表面形成为多个。例如，液体流通道60可以沿着液体反应物输入部50的外表面以预定间隔形成为多个，并且液体流通道60的数目可以根据供应至混合流通道20的液体反应物的流速适当地调节。
通过液体流通道60输送至混合流通道20的液体反应物的流速可以为0.25ml/min至250ml/min。例如，通过液体流通道60输送至混合流通道20的液体反应物的流速可以为0.25ml/min至2.5ml/min、2.5ml/min至50ml/min或50ml/min至250ml/min。
根据本发明的一个实施方案，通过气体流通道40供应的气体反应物的流速相对于通过液体流通道60供应的液体反应物的流速可以为1至100。例如，气体反应物的流速相对于液体反应物的流速可以为10至100、20至100或40至100。通过将气体反应物的流速相对于液体反应物的流速控制在上述范围内，可以根据需要将通过在混合流通道20中混合气体反应物与液体反应物而形成的混合反应物的形式调节为喷雾、气流或液滴的形式。
这样，通过单独地配置气体反应物输入部30和液体反应物输入部50，在插座型流体分配器100内部的混合流通道20中混合的混合反应物可以根据气体反应物的流速相对于液体反应物的流速，以预定尺寸以上的液滴、气流或喷雾的形式供应至多管式滴流床反应器的单元反应器的各个反应器主体200中。
根据本发明的一个实施方案，流动控制部70可以形成在混合流通道20的任意区域中，并且可以被配置为增加其中气体反应物与液体反应物在混合流通道20中混合的混合反应物的压力。
流动控制部70可以被配置为使得通过流动控制部70的混合反应物的压力大于在催化剂填充部(未示出)中产生的压差。具体地，在多管式滴流床反应器中，当催化剂填充在多个单元反应器中的每个反应器主体200中时，产生由于各个催化剂填充部不同地发生的催化剂填充而引起的压差。具体地，当催化剂填充在催化剂填充部中时，由于对通过催化剂填充部的物流的流动阻力而产生压差。此外，根据填充在催化剂填充部中的催化剂的尺寸或待填充的密度、形状等的微小差异而产生压差。此外，在根据本发明的插座型流体分配器中，通过将混合反应物的压力配置为大于在催化剂填充部中产生的压差，可以抵消由于各个催化剂填充部不同地发生的催化剂填充而引起的压差，从而消除引起反应物不均匀分配的催化剂填充的压差的影响。
流动控制部70可以包括：第一倾斜部72，在第一倾斜部72中混合流通道20的直径沿着混合流通道20的纵向方向变窄；保持部74，在保持部74中混合流通道20的直径被保持；和第二倾斜部76，在第二倾斜部76中混合流通道的直径变宽。
可以设定具体数值，例如第一倾斜部72的角度、保持部74的长度和第二倾斜部76的角度，使得在通过流动控制部70的混合反应物的压力中可以产生足够大的压力增加，以抵消由于催化剂填充引起的压差。根据第一倾斜部72和第二倾斜部76的角度调节以及保持部74的长度，可以形成各种形状的流动控制部70。
第一倾斜部72的倾斜度可以为0°至90°，保持部74的长度可以为1mm至20mm，第二倾斜部76的倾斜度可以为0°至90°。
例如，第一倾斜部72的倾斜度可以为10°至90°、30°至90°或30°至45°。通过将第一倾斜部72的倾斜度调节在上述范围内，可以在混合流通道20的前端产生人工流动阻力。
另外，保持部74的长度可以为1mm至15mm、5mm至15mm或10mm至15mm。通过将保持部74的长度调节在上述范围内，可以控制混合反应物的流动性。
另外，第二倾斜部76的倾斜度可以为10°至90°、30°至90°或30°至45°。通过将第二倾斜部76的倾斜度调节在上述范围内，可以在混合反应物通过混合流通道20之后在气体和液体混合物相的分散中产生差异。
上面描述仅是本发明的技术概念的例示，并且本发明所属领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本特征的情况下做出各种修改和改变。因此，本发明中公开的实施方案不意在限制本发明的技术构思，而是用于说明技术构思，并且本发明的技术构思的范围不受这些实施方案的限制。本发明的保护范围应当由所附权利要求书来理解，并且在与其等同的范围内的所有技术构思应当理解为包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种插座型流体分配器，用于将气体反应物和/或液体反应物分配和供应至多管式滴流床反应器的单元反应器中的反应器主体中，所述插座型流体分配器包括：
主体部，该主体部形成为部分区域插入到所述反应器主体中的结构；
混合流通道，该混合流通道形成在所述主体部的中心部分中并且形成为穿透所述主体部；
气体反应物输入部，该气体反应物输入部设置在所述主体部的上方并且具有在其中形成的气体流通道；
液体反应物输入部，该液体反应物输入部设置在所述主体部与所述气体反应物输入部之间，并且具有在其中形成的液体流通道；和
流动控制部，该流动控制部形成在所述混合流通道中，
其中，所述混合流通道位于所述反应器主体的最上端的中心部分中，其中，所述气体反应物和所述液体反应物在所述混合流通道中混合并且移动，
其中，所述插座型流体分配器包括催化剂填充部，该催化剂填充部位于所述反应器主体的内部并且填充有固体催化剂，并且
所述流动控制部被配置为使得通过所述流动控制部的混合反应物的压力大于在所述催化剂填充部中产生的压差，并且
其中，所述插座型流体分配器包括插入到所述反应器主体中的插入区域和未插入所述反应器主体中的非插入区域，
所述主体部具有圆柱体形状，所述非插入区域的长度相对于所述反应器主体的内径为0.5至1，并且所述插入区域的长度相对于所述圆柱体的内径为0.5以上且小于2。
2.根据权利要求1所述的插座型流体分配器，还包括卡止突起部，该卡止突起部形成在所述主体部外周表面的一侧上。
3.根据权利要求1所述的插座型流体分配器，还包括密封部，该密封部沿着所述主体部下端的外周表面形成。
4.根据权利要求1所述的插座型流体分配器，其中，所述插座型流体分配器包括设置在同一条线上的多个主体部。
5.根据权利要求1所述的插座型流体分配器，其中，在所述混合流通道中混合的混合反应物中，供应至所述反应器主体中的混合反应物的形式根据所述气体反应物的流速相对于所述液体反应物的流速来控制。
6.根据权利要求5所述的插座型流体分配器，其中，所述气体反应物的流速相对于所述液体反应物的流速为1至100。
7.根据权利要求5所述的插座型流体分配器，其中，所述液体反应物的流速为0.25ml/min至250ml/min。
8.根据权利要求1所述的插座型流体分配器，其中，所述流动控制部被配置为增加在所述混合流通道中混合的混合反应物的压力。
9.根据权利要求1所述的插座型流体分配器，其中，所述流动控制部包括：
第一倾斜部，在该第一倾斜部中，所述混合流通道的直径沿着所述混合流通道的纵向方向变窄；
保持部，在该保持部中，所述混合流通道的直径被保持；和
第二倾斜部，在该第二倾斜部中，所述混合流通道的直径变宽。
10.根据权利要求9所述的插座型流体分配器，其中，所述第一倾斜部的倾斜度为0°至90°，
所述保持部的长度为1mm至20mm，并且
所述第二倾斜部的倾斜度为0°至90°。
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